精密工件台的实验模态分析

　　引言

　　大规模集成电路的光学专用设备是发展微电子技术的最关键设备之一，八十年代以来，制版、光刻、检测设备有了重大突破性进展，亚微米乃至O。5微米级的微细加工仍然依赖于光学专用设备。微电子领域的光学专用设备成为各国高技术竞争的热点。高精度的X一Y工件台是制版(激’光图形发生器、电子束曝光机)、光刻(分步重复投影光刻机、扫描式投影光刻机)、检测和质量监控(掩模版缺陷自动检测系统、掩模缺陷激光修补仪、硅片缺陷检查仪、线宽测量仪)等多种设备必备的核心部件(子系统)。

         由于这些设备的工作方式和总体性能　　要求的不同，特别是VLSI进入到亚微米线宽的领域，对X一Y工件台的高速运动特性、总的行程、定位重复精度和定位绝对精度、线性位移的高速度、结构布局型式、驱动和伺服控制、超精位移的测量传感器、以及工作环境(是否密闭真空或充低压氦气)、连续工作的可靠性、稳定性等等方面提出了许多特殊的乃至十分苛刻的要求。光学专用设备中X一一Y工件台的研制集超精技术(包括超精加工工艺)、精密机械、激光、现代传感器技术、现代控制技术(锁相伺服控制、数字控制、模糊控制)、计算机应用等技术于一身。因而设计和研制者仅凭经典的或传统的方法进行设计是远远不够的。这就要求采用CAD技术进行设计，用计算机建立设计的数学模型，并把它模似出来，从而掌握该系统的动态性能和动态响应。通过调　　整设计参数，获得不同的方案，实现优化设计。在此基础上建立的模型和模似系统，再进一步采用CAT技术(计算机辅助测试技术)对模型进行动态测试和全面的运动特性试验，来验证设计是否正确，性能是否符合总体要求的技术规范。本文仅就CAT技术在扫描工件台上的应用作一些初步探索并给出实验结果。

　　高精度扫描工件台的特点和要求

　　1微米线宽集成电路的光学专用设备的X一Y高精度工件台(可带或不带X一Y一0微动台)按工作方式一般分为步进式(DSW式)和单维扫描、另一维步进式两大类。表l列出了几种典型专用制版和光刻以及检测设备中X一Y工件台的主要参数及特征。

　　表1也反映了这几种不同工件台的设计指导原则。从仪器总体的角度还应更全面地考虑了结构、驱动和闭环伺服系统等方案，本文不再赘述。

　　这里仅以掩模缺陷自动检测系统的X一Y扫描工件台为例，对它作一些探讨。该工件台是一个实时的，全动态工作的扫描台(X维)。它既要求较高的定位重复精度(1微米量级)，更要求遂行扫描的全程内有很均匀的瞬时扫描速度，即与光电图象传感器—CCD的自扫措周期严格同步。例如:采用CCD象元为13x13微米，自扫描周期为107微秒，通过显微光学系统将　　掩模图形成象在CCD面上，设归化在掩模面上的象元尺寸为。.5/1微米两档，则X维工件台的扫描线速度便被限定为相应两种，即